粘塑性统一本构理论在单晶镍基合金中的应用.pdf

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1、第43卷第8期当代化工V0].43.No.82014年8月ContemporaryChemica1IndustryAugust,2014粘塑性统一本构理论在单晶镍基合金中的应用马运惠,吴敬东,李涛,李长江,倪敏(沈阳化工大学,辽宁沈阳I10140)摘要:借助于传统的粘塑性统一本构模型构建方法的基础上,基于不可逆热力学定律,应用包含屈服面信息的非弹性乘子代替塑性乘子表现材料的塑性性质,推导出含有运动硬化、等向硬化的流动方程以及内变量演化方程,构建金属材料的粘塑性统一本构模型。将该模型应用到单晶镍基合金中,模型能准确的模拟单晶镍基合金的拉伸

2、性能蠕变性能。关键词:镍基;粘塑性;不可逆热力学;统一本构模型中图分类号:TQ018文献标识码:A文章编号:1671—0460(2014)08—1584—08ApplicationofViscoplasticUnifiedConstitutiveTheoryinSingleCrystalNickel-BaseSuperalloyMAYun—hui,WUJing-dong,LITao,LIChang-jiang,NIrain(ShenyangUniversityofchemicalTechnology,LiaoningShenyang11

3、0142,China)Abstract:Onthebasisofthetraditionalestablishingmethodofviscoplasticunifiedconstitutivemode1.andbasedontheirreversiblethermodynamicsscientificprinciple.theinelasticmultiplierincludingtheyieldsurfaceinformationwasusedtoperformthematerialproperty,insteadoftheplas

4、ticmultiplier.功ustheflowequationincludingkinematichardeningandisotropichardeningwasdeducedaswellasthevariableevolutionequation.andviscoplasticicunifiedconstitutivemodelofmetalmaterialwasestablished.Themodelwasappliedintonickelbasesinglecrystalalloy,andthetensileandcreepp

5、ropertiesofnickeIbasesinglecrystalalloycouldbeexactlyimitated.Kevwords:Nickelbase;Viscoplasticity;Irreversiblethermodynamics;Unifiedconstitutivemodel由于单晶高温镍基合金具有优异的高温J生能和献[11】的基本思想,以不可逆热力学为基础,选定良好的综合性能,被广泛应用于制造业先进的航空了包含反映材料运动硬化和等向硬化行为参量的发动机涡轮叶片中。为了更好地利用单晶镍基合金,Helmholtz自由

6、能函数和流动势函数来构建较全面很多研究者致力于单晶镍基合的力学模型的研究,系统的粘塑性统一本构模型,导出运动硬化背应力提出了多种本构模型。关于金属的统一本构模型,演化方程和等向硬化拉应力演化方程,即确定了一较前沿的有Hart模型⋯除了有运动硬化变量外还有套完整统一的粘塑性统一本构模型,利用该模型较一个相当于二级状态变量的变量用于修正运动硬化好地模拟了单晶镍基合金的应力一应变、蠕变性能。变量。Miller模型口。的内变量演化方程考虑到了等1粘塑性模型的构建向硬化和运动硬化,能模拟材料的单调加载过程和不可逆热力学为材料本构关系的研究提供了循

7、环加载情形的软硬化现象,但当模型用于模拟材料的滞回行为却出现“过方”现象。冯明辉。在有效的理论框架,以不可逆热力学构建本构关系,首先要确定内、外变量;其次要假设自由能函数。Miller模型的基础上改善了Miller模型“过方”的问自由能函数是内外变量的函数,内变量是用于描述题。对于单晶镍基合的力学模型的研究,王庆五不可逆过程的,内变量发生变化时就有新的不可逆运用晶体学理论,结合现象学的同意本构模型在微观水平上构建了单晶镍基合金粘塑性统一本构方现象产生,内变量满足Clausius—Duhem不等式;外变量通常选为应力和温度或应变和温度,由

8、此可以程;刘丽荣从不同温度范围内讨论了镍基合金的拉伸性能和应力、变形的变化规律;曹娟。。从镍基推导出粘塑性本构模型。若设单位质量的Helmhohz合金微组织结构特点,采用周期性胞元假设,构建自由能函数为:了

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